[發(fā)明專利]一種采用激光直寫制備薄膜降反結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510565938.2
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105261671B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建明;劉前
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州華維納納米科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0216
• 代理公司: 蘇州慧通知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32239
• 代理人: 丁秀華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于降低表面可見光反射且采用激光直寫制備薄膜降反結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

隨著光伏器件的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們對光收集效率提出越來越高的要求。為此，人們開發(fā)了多種多樣的材料和結(jié)構(gòu)來提高光收集效率，其主要技術(shù)路徑集中在減少器件表面反射以及增加光線在器件內(nèi)部材料的吸收兩個方面。對光學(xué)器件、太陽能電池的表面進(jìn)行處理以降低反射率，一直以來也在不斷地取得進(jìn)展，成為人們提高光收集效率的重要手段。傳統(tǒng)的方法是采用光學(xué)鍍膜減低反射率，也就是說通過在光學(xué)器件表面制備特定材料和厚度的薄膜。如果精確控制薄膜厚度為入射光波長的1/4，則經(jīng)過上下表面反射的光程差達(dá)到λ/2，經(jīng)該薄膜上下表面反射的光線會產(chǎn)生干涉相消，從而減少反射。實(shí)際中，為了提高反射率，通常需要鍍多層的薄膜。此外，使用表面微結(jié)構(gòu)來降低器件的反射也隨著微納加工技術(shù)的進(jìn)步而逐步發(fā)展。在這方面應(yīng)用最為廣泛的是在單晶硅、多晶硅太陽能薄膜電池上。

目前的研究發(fā)現(xiàn)，通過激光直寫在Si/PS復(fù)合薄膜表面制備出凸起結(jié)構(gòu)陣列，可以有效地減少光線在表面的反射，使光線更多地進(jìn)入到薄膜的內(nèi)部，Si薄膜的使用能和硅太陽能電池材料兼容。這樣的表面結(jié)構(gòu)陣列可以方便的調(diào)控凸起結(jié)構(gòu)的密度和大小，可以對不同波長進(jìn)行有效的減反。凸起結(jié)構(gòu)也能起到對光線的會聚作用，進(jìn)一步提高光收集的效率。因此可以制備出降低光反射薄膜材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種采用激光直寫制備薄膜降反結(jié)構(gòu)的方法從而降低薄膜材料光反射的方法，所使用的材料為硅、聚苯乙烯復(fù)合薄膜材料，制備簡單方便、無污染、薄膜厚度均勻、表面平整。

本發(fā)明的目的是通過第一技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種采用激光直寫制備薄膜降反結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1)：選取基底，對其進(jìn)行清洗和干燥處理；

步驟2)：聚苯乙烯薄膜的制備：聚苯乙烯(PS)薄膜的制備需要首先將純凈的聚苯乙烯 固體溶解在甲苯溶液中，通過升溫和磁力攪拌機(jī)加快聚苯乙烯固體的溶解速度并提高聚苯乙烯在甲苯溶液中分布均勻。待聚苯乙烯固體完全溶解后，使用過濾直徑為0.45μm和0.22μm的有機(jī)濾器將溶液先后過濾兩次，以確保獲得干凈的聚苯乙烯甲苯溶液。通過調(diào)整PS濃度，可以獲得不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚苯乙烯甲苯溶液。由于甲苯有著快速揮發(fā)的特性，因此可以采取旋涂的方法獲得平整而均勻的薄膜。在旋涂的過程中，滴在襯底基片中央的液滴隨著旋轉(zhuǎn)的開始快速攤開均勻地布滿整個基片。在此過程中，甲苯溶劑快速的揮發(fā)而獲得聚苯乙烯薄膜，其厚度可通過聚苯乙烯的甲苯溶液濃度和甩膠機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制，對旋涂好的PS薄膜在80℃的溫度下進(jìn)行烘干1小時去除殘余的甲苯溶劑分子。

步驟3)：在PS薄膜上制備多晶硅薄膜：通過物理氣相沉積工藝，生長一層多晶硅薄膜；優(yōu)先例中采用靶材和磁控濺射設(shè)備在真空環(huán)境下進(jìn)行硅薄膜沉積，可以通過調(diào)節(jié)沉積時的參數(shù)，如沉積功率、沉積壓強(qiáng)和沉積時間等在PS薄膜上獲得厚度均勻，厚度可控的硅薄膜。

步驟4)：利用激光在該薄膜上制備微凸起陣列：利用激光直寫設(shè)備，選擇適當(dāng)能量密度(范圍0.1-2J/cm²)的激光照射到樣品表面。薄膜經(jīng)過激光照射后，會發(fā)生光熱轉(zhuǎn)換，使復(fù)合薄膜的溫度上升，聚苯乙烯受熱膨脹，硅薄膜向上隆起形成微結(jié)構(gòu)陣列。

在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步包括如下附屬技術(shù)方案：

所述基底為玻璃材質(zhì)基片、單晶基片或高分子聚合物基片，可以是硬基片，也可以是柔性基片。

所述玻璃材質(zhì)基片包括普通蓋玻片、載玻片或石英玻璃；所述單晶基片包括單晶Si片、砷化鎵基片、氮化鎵基片；

所述高分子聚合物基底為絕緣材質(zhì)的柔性基片，其包括PMMA，PC基片。

所述步驟2)中的物理氣相沉積工藝為直流磁控濺射、或射頻磁控濺射、或離子濺射、或激光脈沖沉積、或電子束沉積。所述薄膜的厚度優(yōu)選為20nm-500nm。

本發(fā)明的目的是通過第二技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種采用激光直寫制備薄膜降反結(jié)構(gòu)，其包括：基底、對基底旋涂聚苯乙烯甲苯溶液并干燥獲得的聚苯乙烯薄膜、以及在聚苯乙烯薄膜上采用物理氣相沉積工藝鍍制的多晶硅薄膜，其中多晶硅薄膜經(jīng)過激光照射刻寫并形成有微凸起結(jié)構(gòu)陣列。

在第二技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步包括如下附屬技術(shù)方案：

所述基底為玻璃材質(zhì)基片、單晶基片或高分子聚合物基片，可以是硬基片，也可以是柔性基片。